3d游戏开发特性名词_Volumetric Fog Atmospheric Fog

与 大气散射[https://www.jianshu.com/p/dc8f2cd8a7f2] 相关

1. 相同的灵魂：物理公式

无论是大气散射（Atmospheric Scattering）还是体积雾（Volumetric Fog），它们底层都在算同一个积分公式：
也就是：

• 光线射入介质（空气/雾）。
• 光线被介质吸收（变暗）。
• 光线被介质散射（发亮，形成光路）。

2. 不同的躯壳：工程实现的巨大差异

虽然公式一样，但应用场景的约束完全不同，导致了渲染管线走了两条路。
A. 大气散射 (Atmospheric Scattering)

• 场景： 它是背景。距离无限远（从地面到太空）。
• 光影： 它可以忽略遮挡（通常不计算云层或山体对大气的实时阴影，因为太远了）。
• 优化手段：LUT (查找纹理)。
  • 因为这东西变化很慢（整个天空是渐变的），且它是“宏观”的，所以我们预计算成一张图，直接贴在无穷远的天球上。
  • 关键点： 它只处理“光和空气”，不处理“光和物体”。
    B. 体积雾 (Volumetric Fog)
• 场景： 它是前景。距离很近（就在你相机前 0~100 米）。
• 光影： 它必须计算遮挡。这是核心区别！
  • God Rays (体积光) 的本质： 当光线穿过雾气时，如果中间有一棵树挡住了光，雾气里必须出现一条黑色的“影子通道”。这就是 God Rays。
  • 大气散射通常不管这棵树，但体积雾必须管。
• 优化手段：Frustum Voxel Grid (视锥体体素网格)。
  • LUT 没法用了，因为场景里的物体和灯光每帧都在变。
  • Raymarching（对每个像素暴力光线步进）太卡了。
  • 于是，工业界发明了“体素化”方案（见下文）。

3. Unity 中体积雾的底层：Frustum Voxel Grid

这是现代 3A 游戏（包括 Unity HDRP 和 Unreal Engine）实现体积雾和 God Rays 的标准技术。
它的原理非常巧妙：

• 切蛋糕 (Voxelization):
  • 想象你的相机视锥体（Camera Frustum）是一个梯形的蛋糕。
  • 我们在低分辨率下（比如 160x90x64），把这个空间切成无数个小方块（Voxels/Froxis）。注意，这里的 Z 轴是沿着相机深度的。
• 计算光照 (Compute Shader):
  • 对于每一个小方块，我们在 Compute Shader 里计算：
    • 这个方块里有雾吗？(Density)
    • 这个方块被光照到了吗？(采样 Shadow Map) —— 这就是 God Rays 产生的地方！ 如果 Shadow Map 说这个点是黑的，那这个方块就不亮。
  • 结果存入一张 3D Texture (3D 纹理)。
• 光线累积 (Raymarching the 3D Texture):
  • 沿着视线方向，把这些小方块的亮度和透明度累加起来（积分），生成一张最终的体积光纹理。
• 混合 (Upsampling):
  • 把这张低分辨率的体积光纹理，拉伸放大，覆盖到屏幕上，和场景物体混合。

4. 你的困惑：FogVolume 和 VolumetricLight 是什么？

在 Unity (特别是 HDRP) 中，这些组件就是为了控制上面提到的那个 Voxel Grid。

• Volumetric Fog (Global):
  • 设置整个场景的基础雾浓度。它填充了所有的 Voxels。
• Fog Volume (Local):
  • 这是一个局部覆盖。比如你走进一个沼泽，这里有一个 Box Collider。
  • Unity 会判断：如果某个 Voxel 在这个 Box 范围内，就人为增加这个 Voxel 的密度数据。
  • 这就像是在那张 3D 纹理里“画”了一团墨水。
• Volumetric Light (Light Component):
  • 这是告诉渲染器：计算 Voxel 光照时，请把这盏灯也算进去。
  • 开启 Volumetric Shadows：计算 Voxel 时强制采样 Shadow Map。有了这个，光线被物体遮挡后，雾气里才会出现“光柱” (God Rays)。

5. 总结：如果我在 Unity 里都要用，会有冲突吗？

不会，它们通常是分层叠加的：

• 最远处： Atmospheric Scattering (天空盒) 负责渲染蓝天、夕阳背景。这是底色。
• 近处： Volumetric Fog (体积雾) 负责渲染你身边的空气感、路灯的光晕、树林里的耶酥光。这是叠加层。

所以，你现在的理解完全打通了：大气散射是大自然的宏观背景，体积雾是场景里的微观光影，两者物理同源，但工程分家。

unity URP

这是一个非常关键的问题，因为 Unity 在 URP (Universal Render Pipeline) 和 HDRP 的策略上长期存在巨大差异。
答案取决于你使用的 Unity 版本：
情况 A：Unity 6 (2023.3+) —— 终于有了！
在最新的 Unity 6 Preview (以及 URP 17+) 中，Unity 终于给 URP 加入了原生的 Volumetric Fog (体积雾)。

• 它的原理：
  它确实使用了类似 HDRP 的技术（基于 3D 纹理/Voxel 的 Raymarching），但为了适配中低端设备（手机、Switch），它做了一些简化和优化。
• 怎么开启：
  • 在 URP Asset 设置里，找到 Quality -> Volumetric Fog 并勾选。
  • 在场景里的 Global Volume 组件中，添加 Override -> Fog。
  • 把 Fog Mode 改为 Volumetric。
• 能实现 God Rays 吗？
  能。它会结合 Shadow Map 计算光柱。
  情况 B：Unity 2022 LTS 及更早版本 —— 默认没有
  如果你还在用目前主流的 Unity 2020, 2021, 或 2022 LTS，答案是 No。
  默认的 URP 只有 基础雾 (Basic Fog)。
• 它是什么： 仅仅是根据像素的深度（Depth），把远处物体的颜色混合成灰色。
• 它不是什么： 它完全不懂光照。光线穿过它不会变亮，物体遮挡光线也不会产生“上帝之光” (God Rays)。它只是一个全屏滤镜。
  那在老版本 URP 里怎么实现 God Rays？
  既然官方没给，在 URP 中实现体积光通常有两条路：

1. 方案一：屏幕空间散射 (Screen Space God Rays) — 性能最好，效果一般(TODO，不懂)

这是一种“假”体积光，也是手游最常用的方案。

• 原理：
  • 渲染一张只有太阳和高亮物体的图（把遮挡物扣黑）。
  • 对这张图进行径向模糊 (Radial Blur)。
  • 把模糊后的结果叠加回屏幕。
• 优点： 极快，手机随便跑。
• 缺点： 只有当你看着太阳时才有光柱。如果你转头，光柱就消失了（因为它只存在于屏幕空间）。

• 实现： 以前需要自己写 ScriptableRendererFeature，现在 Asset Store 有很多免费的（如 Occulusion Shafts）。

  
  
  image.png

2. 方案二：基于 Mesh 的假光柱 — 这种最古老

• 原理： 美术做一个圆锥体的模型，贴一个半透明的材质，插在窗户或路灯下。
• 优点： 极度省性能，完全可控。
• 缺点： 穿帮严重，人走进去不会有真实的体积感，只是个透明片。

3. 方案三：使用插件 (Asset Store) — 最推荐

由于 URP 官方长期缺席，Asset Store 里的插件已经进化得非常完美。它们通过自定义 Render Feature 实现了真正的 Frustum Voxel Grid 体积雾。
最著名的两款（几乎是 URP 项目标配）：

• Volumetric Fog & Mist 2 (Cronos): 性能优化极好，支持手机，效果接近 HDRP。
• Aura 2 / Aura 3: 效果极度炸裂，但比较吃性能，适合 PC/主机版 URP 游戏。
  总结：URP 到底用不用那个“Voxel Grid”技术？
• Unity 2022 及以前： 默认不用。默认只有深度雾。
• Unity 6+： 默认用了（简化版）。
• 插件（如 Volumetric Fog 2）： 用了。它们手动实现了那套技术。

Atmospheric Fog 大气雾

与Volumetric Fog 不是一回事，但在视觉目标上有重叠。
你可以把 Atmospheric Fog (大气雾) 看作是“平面的、基于距离的着色欺骗”，而把 Volumetric Fog (体积雾) 看作是“真实的、具有物理特性的空间介质”。

1. Atmospheric Fog vs. Volumetric Fog

2. Unity URP 中有内置吗？

关于 Atmospheric Fog，情况比较微妙：

• 基础距离雾 (Distance Fog)： 有内置。
  在 URP 的 Lighting 窗口 -> Environment 选项卡下，你可以开启 Fog。它支持 Linear、Exponential 和 Exponential Squared 三种模式。这是最基础的大气模拟。
• 物理大气散射 (Atmospheric Scattering)： 部分内置。
  在 URP 的 Volume 系统中，有一个 Physically Based Sky。它能模拟天空因大气散射产生的颜色变化，但它更多是针对“天空盒”，而不是针对场景深度中的“雾气”。
• 体积雾 (Volumetric Fog)： 官方没有原生内置。
  这是 URP 经常被开发者吐槽的一点。相比之下，Unity 的 HDRP 是原生内置高质量体积雾的。

3. 如果没有，该如何实现？

如果你在 URP 中需要实现更高级的大气雾或体积雾，通常有以下几种方案：

A. 开启内置基础雾（最简单）

• 打开 Window > Rendering > Lighting。
• 在 Environment 标签页勾选 Fog。
• 确保你的 Shader 包含 multi_compile_fog 变体（URP 官方 Shader 均已支持）。

B. 使用 Shader Graph 自定义（大气雾进阶）

如果你想要那种“高度雾”（低处浓、高处薄），你可以用 Shader Graph 编写一个全局后处理效果：

• 利用 Position 节点的 World Space Y 轴分量。
• 公式参考：FogDensity = e^{-Height \cdot Density}。
• 通过 Renderer Feature 将其注入到渲染管线中。

C. 使用第三方插件（实现体积雾的最佳途径）

由于从零开发高性能的体积雾（基于 GPU 3D LUT 或 Froxel）门槛较高，社区通常推荐成熟的插件：

• Buto: 专门为 URP 设计，视觉效果极佳。
• Aura 2: 经典的体积光/雾解决方案。
• Enviro / Weather Maker: 这种全天候系统插件自带了高质量的大气和体积雾功能。

D. 手动实现简单的体积光（Fake 方案）

如果你只需要一束光照下来的感觉，可以使用 Radial Blur (径向模糊) 后处理，或者使用简单的 Mesh Beam (面片光柱) 配上软粒子 Shader。